7.1、BMP280气压计

7.1、气压计BMP280

一般来说，使用一个新的芯片，都会去该芯片品牌的官网找相关资料，然后再去网络看是否有人使用过该芯片。bmp280属于博世旗下的一款芯片，该芯片的官方网址在这。

从官网上可以找到对应的datasheet,还有驱动文件，然后两者结合稍微理解一下，然后测试一下基本的数据读写，这个模块就算结束了。总体来说，还是比较简单的。

7.1.1、BMP280引脚及其相关参数

• 引脚说明

BMP280是一款气压传感器，体积和功耗都很小，接口方面支持IIC和SPI。引脚定义如下。
依照上图，可知，IIC模式下，3脚为数据脚，4脚为时钟脚，5脚为IIC地址控制脚。2脚在IIC模式下接高电平即可。
在IIC模式下最大速率可到3.4MHz，SPI模式下最大频率10MHz.

• 测试范围及精度

• 工作温度范围：-40 - +85 °C
• 测量温度范围：0 - +65°C
• 测量温度误差：25°C ±0.5°C 0…65°C ±1°C
• 测量温度分辨率：0.01°C
• 存储气压范围：0 - 20000 hPa
• 测量气压范围：300 - 1100 hPa
• 测量气压误差：±1 hPa
• 测量气压分辨率：0.16 hPa

剩下的其他参数感兴趣的可以查阅BMP280的datasheet的一二章。

• 传感器工作模式
  

• sleep mode
  不执行任何数据测量，此时功耗最低，典型情况下(25°C)功耗仅为0.1UA
• normal mode
  正常模式，可通过配置寄存器定时采集数据.
  
• forced mode
  控制器发起一次命令，采集一次数据，然后进入SLEEP模式。

• 通信地址

手册里面明确有写，在IIC模式下，地址为111011x,x由 芯片的5脚电平决定。在这里我硬件上接入的是GND，所以地址为0X76.

7.1.2、采样数据相关流程

从数据手册里可以看到下图所示图片。

从上图可知

1. 温度采集或者压力采集可以通过配置寄存器使能采样或者直接跳过。
2. 传感器内部有一个IIR filter，可以由用户配置是否使用该功能。

且温度和压力数据可以通过配置寄存器修改采样精度，滤波也可以通过配置寄存器修改滤波系数。具体的效果都在datasheet里面，官方给出了推荐的配置，如下图所示

比如我使用的场景是低功耗手持设备，按照表格的第一项进行配置即可。

7.1.3、相关寄存器

该芯片的寄存器比较少，一共就下图这么多。简单说一下

1. Register 0XD0 "ID"
   芯片ID，固定为0X58,只读。

2. Register 0XE0 "reset"
   写入0XB6可对芯片复位，其他值无效。

3. Register 0XF3 "status"
   bit3:为0时代表数据转换完成。需要极限频率时可根据此位判断数据是否完成转换
   bit0:为0时代表补偿的数字被拷贝到寄存器完成。

4. Register 0xF4 "ctrl_meas"
   osrs_t :控制是否跳过温度数据采样
   osrs_p:控制是否跳过压力数据采样
   mode :电源模式控制
   
   

5. Register 0XF5 "config"
   t_sb：控制正常模式下不活动的时间，参考7.1.1
   filer ：控制滤波器滤波系数
   spi3w_en:为1时开启3线SPI模式
   

6. Register 0XF7…0XF9 “press”(_msb,_lsb,_xlsb)
   在不同采样下，所得数据精度不同，压力的最大精度为0.16Pa，数据长度为20bit,所以需要三个寄存器存放数据.
   具体组合方式为(msb << 12) | (lsb << 4) | (xlsb >> 4);
   

7. Register 0XFA…0XFc “temp”(_msb,_lsb,_xlsb)
   在不同采样下，所得数据精度不同，温度的最大精度为0.0003°C，数据长度为20bit,所以需要三个寄存器存放数据.
   具体组合方式为(msb << 12) | (lsb << 4) | (xlsb >> 4);
   

7.1.4、测量基本流程

这一部分其实根据上个小章节的流程图基本就已经确认下来了。这里结合官方给的库总结一下。

1. 上电复位后，读取BMP280的ID
2. 获取寄存器配置
3. 根据需求设定寄存器配置，包括电源模式设置，采样频率，采样时间，滤波系数等
4. 读取原始传感器数据
5. 读取补偿寄存器值
6. 两者结合得到真正的温度
7. 延时，等待下一个周期

到这基本上就结束了了，这里放一下博世官方的驱动，只需要简单补全一下底层收发函数即可.移植流程如下.

1.将驱动文件加入工程.

2. 新建一个C文件，添加五个函数，最后一个函数测试使用.

void delay_ms(uint32_t period_ms)
{
	HAL_Delay(period_ms);
}
int8_t i2c_reg_write(uint8_t i2c_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t length)
{
    HAL_I2C_Mem_Write(handle, i2c_addr, reg_addr,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, reg_data, len, 1000);
    return -1;
}
int8_t i2c_reg_read(uint8_t i2c_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t length)
{
    HAL_I2C_Mem_Read(handle, i2c_addr, reg_addr,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, reg_data, len, 1000);
    return -1;
}
void bmp280_register(struct bmp280_dev *_dev)
{
	_dev->delay_ms = delay_ms;
	
	/* 根据硬件接线进行选择*/
	_dev->dev_id = BMP280_I2C_ADDR_PRIM;
	//_dev->dev_id = BMP280_I2C_ADDR_SEC;
	
	_dev->intf = BMP280_I2C_INTF;			//选择为IIC模式
	//_dev->intf = BMP280_SPI_INTF;			//SPI模式

	_dev->read = i2c_reg_read;
	bmp->write = i2c_reg_write;
}
void print_rslt(const char api_name[], int8_t rslt)
{
    if (rslt != BMP280_OK)
    {
        printf("%s\t", api_name);
        if (rslt == BMP280_E_NULL_PTR)
        {
            printf("Error [%d] : Null pointer error\r\n", rslt);
        }
        else if (rslt == BMP280_E_COMM_FAIL)
        {
            printf("Error [%d] : Bus communication failed\r\n", rslt);
        }
        else if (rslt == BMP280_E_IMPLAUS_TEMP)
        {
            printf("Error [%d] : Invalid Temperature\r\n", rslt);
        }
        else if (rslt == BMP280_E_DEV_NOT_FOUND)
        {
            printf("Error [%d] : Device not found\r\n", rslt);
        }
        else
        {
            /* For more error codes refer "*_defs.h" */
            printf("Error [%d] : Unknown error code\r\n", rslt);
        }
    }
}

需要注意的是，上面的读写函数内的handle根据自己的硬件配置去更换.

3. 具体使用如下.

int main()
{
    int8_t rslt;
    struct bmp280_dev bmp;
    struct bmp280_config conf;
    struct bmp280_uncomp_data ucomp_data;
    uint32_t pres32, pres64;
    double pres;
	bmp280_register(&bmp);
	
    rslt = bmp280_init(&bmp);
    print_rslt(" bmp280_init status", rslt);
    
	rslt = bmp280_get_config(&conf, &bmp);
    print_rslt(" bmp280_get_config status", rslt);

    /* configuring the temperature oversampling, filter coefficient and output data rate */
    /* Overwrite the desired settings */
    conf.filter = BMP280_FILTER_COEFF_2;

    /* Pressure oversampling set at 4x */
    conf.os_pres = BMP280_OS_4X;

    /* Setting the output data rate as 1HZ(1000ms) */
    conf.odr = BMP280_ODR_1000_MS;
    rslt = bmp280_set_config(&conf, &bmp);
    print_rslt(" bmp280_set_config status", rslt);

    /* Always set the power mode after setting the configuration */
    rslt = bmp280_set_power_mode(BMP280_NORMAL_MODE, &bmp);
    print_rslt(" bmp280_set_power_mode status", rslt);
    while (1)
    {
        /* Reading the raw data from sensor */
        rslt = bmp280_get_uncomp_data(&ucomp_data, &bmp);

        /* Getting the compensated pressure using 32 bit precision */
        rslt = bmp280_get_comp_pres_32bit(&pres32, ucomp_data.uncomp_press, &bmp);

        /* Getting the compensated pressure using 64 bit precision */
        rslt = bmp280_get_comp_pres_64bit(&pres64, ucomp_data.uncomp_press, &bmp);

        /* Getting the compensated pressure as floating point value */
        rslt = bmp280_get_comp_pres_double(&pres, ucomp_data.uncomp_press, &bmp);
        printf("UP: %ld, P32: %ld, P64: %ld, P64N: %ld, P: %f\r\n",
               ucomp_data.uncomp_press,
               pres32,
               pres64,
               pres64 / 256,
               pres);
        bmp.delay_ms(1000); /* Sleep time between measurements = BMP280_ODR_1000_MS */
    }

    return 0;
}

在官方例程里面还有内部温度传感器的使用方法，具体要看temperature.c文件.

备注

因为这个项目涉及到后期的功耗控制，所以这里先把这个芯片的电流消耗等相关参数列出来。
简单理解以1HZ频率进行数据采集时候的电流消耗。如果采样频率为X，则电流消耗为IDD*X

结合下表

两个表综合一起，意思是在1S内，采样一次用时5.5ms，剩下的994.5ms无动作，则消耗2.74ua电流。注意，这个时候传感器还是处于NORMAL模式，并不是sleep mode.

下表是在normal模式在不同时间间隔下采样一次所用时间。